特開 2024-143153 動物管理システムおよび動物管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143153

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】動物管理システムおよび動物管理方法

(51)【国際特許分類】

   A01K 29/00 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

A01K29/00 A

A01K29/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055678

(22)【出願日】2023-03-30

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年１０月２６日～２８日にアグリビジネス創出フェア２０２２において発表 〔刊行物等〕 ２０２２年１０月２７日～２９日に開催されたＴｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇにおいて２０２２年１０月２９日にオンラインで発表

(71)【出願人】

【識別番号】506158197

【氏名又は名称】公立大学法人 滋賀県立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100185454

【弁理士】

【氏名又は名称】三雲 悟志

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】宮城 茂幸

(72)【発明者】

【氏名】酒井 道

(72)【発明者】

【氏名】伊東 秀一郎

(57)【要約】

【課題】簡単に動物の状態を管理できる動物管理システムおよび動物管理方法を提供する。
【解決手段】動物管理システム１０は、動物１２に取り付けられたセンサ１４、センサ１４で得られたデータを通信する通信装置１６、得られたデータから動物１２の状態を判定するコンピュータ１８を備える。コンピュータ１８の記憶手段にプログラムが記憶されており、そのプログラムによって下記のようにコンピュータ１８が機能する。そのプログラムは、センサ１４の値を可視性グラフに変換する手段２８、可視性グラフを次数分布に変換する手段３０、次数分布の傾きを求める手段３２、およびその傾きから動物の状態を判定する手段３４としてコンピュータ１８を機能させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動物に取り付けられたセンサと、
前記センサで得られたデータを可視性グラフに変換する手段と、
前記可視性グラフを次数分布に変換する手段と、
前記次数分布の形態を求める手段と、
前記次数分布の形態から動物の状態を判定する手段と、
を備えた動物管理システム。

【請求項2】

前記次数分布の形態が次数分布の対数グラフにおける線形回帰直線の傾きである請求項１の動物管理システム。

【請求項3】

前記センサが加速度センサである請求項１または２の動物管理システム。

【請求項4】

動物に取り付けられたセンサで動物に関するデータを取得するステップと、
前記取得されたデータを可視性グラフに変換するステップと、
前記可視性グラフを次数分布に変換するステップと、
前記次数分布の形態を求めるステップと、
前記傾きから動物の状態を判定するステップと、
を備えた動物管理方法。

【請求項5】

前記次数分布の形態を求めるステップが次数分布の対数グラフにおける線形回帰直線の傾きを求めるステップである請求項４の動物管理方法。

【請求項6】

前記センサが加速度センサであり、
前記動物に関するデータを取得するステップが、加速度センサで得られたデータから重力加速度を減じるステップを含む請求項４の動物管理方法。

【請求項7】

前記加速度センサで得られるデータが加速度強度のデータである請求項６の動物管理方法。

【請求項8】

動物に取り付けられたセンサから時系列データを得るステップと、
前記時系列データから、時系列の個々の時刻に相当する各ノードを設定するステップと、
それぞれの前記ノード間の視認性の有無を算出するステップと、
それぞれの前記ノードに対して、視認性を有するノードの数を、そのノードの次数として算出するステップと、
前記次数ごとにその次数を有するノードの数を算出するステップと、
前記次数に対するノード数分布の形態を取得するステップと、
前記ノード数分布の形態から、動物の状態を判定するステップと、
を備えることを特徴とする動物管理方法。

【請求項9】

前記次数に対するノード数分布の形態は、ノード数が次数の指数関数とみなせる領域における指数であることを特徴とする請求項８に記載の動物管理方法。

【請求項10】

前記それぞれのノード間の視認性の有無を算出するステップは、時点ｔ_ｉにおける前記時系列データの一の要素をｘ(ｔ_ｉ)とした場合の時系列データが(ｔ_ｉ、ｘ（ｔ_ｉ）)、（ｉ＝１、２、・・・、ｎ、ｎは自然数）の集合であり、時点ｔ_ｉに対応するノードをノードｉとし、ｉ＜ｊである２つのノード、ノードｉ、ノードｊ、について、ｉ＜ｋ＜ｊであるいかなる自然数ｋに対してもｘ（ｔ_ｋ）＜ｘ(ｔ_ｊ)－（ｘ（ｔ_ｉ）－ｘ（ｔ_ｊ））（ｔ_ｊ－ｔ_ｋ）／（ｔ_ｊ－ｔ_ｉ）が成り立つ場合に、視認性を有すると判定することを特徴とする請求項８に記載の動物管理方法。

【請求項11】

前記センサが加速度センサであり、
前記時系列データが、前記加速度センサから直接得られた時系列加速度データから既知である重力による加速度成分を減じて得られた時系列重力補正加速度データを基に算出したデータであることを特徴とする請求項８に記載の動物管理方法。

【請求項12】

前記動物の状態を判定するステップは、前記指数が所定の値の範囲を超える場合に異常と判定することを特徴とする請求項９に記載の動物管理方法。

【請求項13】

請求項４または請求項８に記載の前記動物管理方法により健康状態を管理して育成することを特徴とする動物の育成方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の前記動物育成方法により育成されたことを特徴とする動物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動物の状態を管理する動物管理システムおよび動物管理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、加速度センサ、通信装置およびコンピュータを利用して家畜を管理するシステムが開発されている。たとえば、下記特許文献１に加速度センサの値を利用して牛の疾病を管理するシステムが開示されている。特許文献１は加速度センサの値から牛の行動指標の時間推移を求め、過去に記録されたデータと比較し、牛の健康異常を発見する牛の健康状態管理システムや方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２２３６８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の健康状態管理システムや方法では、過去のデータを多数収集して比較したり複雑な演算をおこなったりするため処理が煩雑になる。そのため牛の育成にかかるコストが多大になり、家畜動物の販売価格が高くなるという課題がある。本発明の目的は簡単に動物の状態を管理できる動物管理システムおよび動物管理方法を実現し、コストの小さな家畜動物の育成方法と販売価格の低い家畜動物を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の動物管理システムは、動物に取り付けられたセンサと、前記センサで得られたデータを通信する通信装置と、前記センサで得られたデータを可視性グラフに変換する手段と、前記可視性グラフを次数分布に変換する手段と、前記次数分布の形態を求める手段と、前記次数分布の形態から動物の状態を判定する手段とを備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によると、動物の取り付けられたセンサのデータから次数分布の形態を求め、その形態から動物の状態を判定している。大量のデータを収集したり、複雑な演算を行ったりしていないため、動物の状態を簡易に管理できる。そのため、コストの小さな家畜動物の育成方法と販売価格の低い家畜動物を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の動物管理システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の動物管理方法のフローチャートである。

【図3】加速度強度と時間との関係の一例を示すグラフである。

【図4】図３において２点のノード間が見通せる場合にエッジ（直線）で接続したグラフである。

【図5】図４から構築された可視性グラフである。

【図6】ノード間の視認性の有無の判定を説明するためのグラフである。

【図7】次数分布の対数グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の動物管理システムおよび動物管理方法について図面を用いて説明する。

【0009】

本発明の動物管理システム１０は、動物１２に取り付けられたセンサ１４、そのセンサ１４で得られたデータを通信する通信装置１６、得られたデータから動物１２の状態を判定するコンピュータ１８を備える。

【0010】

管理される動物１２は一定の領域内にいる動物である。たとえば、牛舎または一定領域内の牧場などで飼育されている牛が動物１２として挙げられる。

【0011】

センサ１４は加速度センサが挙げられる。その加速度センサは静電容量式の３軸加速度センサを含む。加速度センサが動物１２に取り付けられ、動物１２の動きを検出する。動物１２が牛であれば、牛の首に取り付けられた首輪２０に加速度センサを取り付け、牛の動きを検出する。センサ１４による検出は常時行われてもよいし、一定時間間隔で行われてもよい。

【0012】

通信装置１６はセンサ１４で得られたデータを無線で送受信し、ネットワーク２２を介してコンピュータ１８に送信する装置を含む。動物１２に送信機２４、動物１２のいる領域またはその周辺に中継器２６が配置される。たとえば、送信機２４および中継器２６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉＦｉなどの無線通信装置およびルーターなどを備えてもよい。送信機２４はセンサ１４と一緒に動物１２に取り付けられている。動物１２に取り付けられるセンサ１４および送信機２４は電池等の電源によって駆動できるようにする。センサ１４で得られたデータが送信機２４から中継器２６に無線送信される。中継器２６はネットワーク２２を介して動物１２の状態を判定するコンピュータ１８にデータを送信する。

【0013】

動物１２の状態を判定するコンピュータ１８はネットワーク２２に接続されている。ネットワーク２２はインターネットなどの通信網であってもよいし、一定領域内で閉じたＬＡＮであってもよい。

【0014】

センサ１４で検知された値は時間順にネットワーク２２を介してコンピュータ１８に送信し、コンピュータ１８はネットワーク２２を介してセンサ１４の値を時系列で受信し、コンピュータ１８で時系列データとする。または、センサ１４で検知された値は時系列のデータにした後、１つのデータとしてコンピュータ１８に送信されてもよい。センサ１４で検知された値をランダムに送信し、コンピュータ１８で時系列にそろえて時系列データとしてもよい。後述するプログラムにセンサ１４のデータを時系列に並べる機能を含めてもよい。

【0015】

本発明の動物管理方法は、図２のフローチャートに示すように、動物１２に取り付けられたセンサ１４から時系列データを取得し（Ｓ１）、当該時系列データから時系列の個々の時刻に相当するノードを設定し（Ｓ２）、それぞれのノードの視認性の有無を算出し（Ｓ３）、それぞれのノードにおける視認性を有するノードの数を当該ノードの次数として算出し（Ｓ４）、次数に対するノード数の分布の形態を取得し（Ｓ５）、ノード数分布の形態から動物の状態を判定する（Ｓ６）。そのために、本発明に備えられるコンピュータ１８はプログラムによって説明するような手段として機能される。そのプログラムは、センサ１４の値を可視性グラフに変換する手段２８、可視性グラフを次数分布に変換する手段３０、次数分布の傾きを求める手段３２、およびその傾きから動物の状態を判定する手段３４としてコンピュータ１８を機能させる。

【0016】

コンピュータ１８の記憶手段にプログラムが記憶されて実行されてもよいし、ネットワーク２２に接続されたサーバーの記憶手段に記憶されたプログラムに対してコンピュータ１８がネットワーク２２を介して実行されてもよい。

【0017】

可視性グラフに変換する手段２８は、センサ１４で得られたデータから可視性グラフを構築する。センサ１４の値が時系列に並べたデータにおいて、２点のノード間が見通せる場合にエッジ（直線）で接続することで、可視性グラフが構築される。

【0018】

具体的には、センサ１４で得られた値が時系列に並べられている。時系列の加速度データから加速度の強度のみのデータを抽出する。加速度の強度のみにするためには、あらかじめ重力加速度を計測しておき、加速度のデータから重力加速度を減算する。重力加速度の計測は加速度センサを静止させたときの値であってもよい。その抽出された加速度強度時系列データは、たとえば図３のようになる。加速度強度時系列データは１日など所定の時間分の時系列データとする。上記処理によって図２のＳ１の工程をおこなわれる。

【0019】

抽出された時系列データから、時系列の個々の時間に相当するノードを設定し（図２のＳ２）、そのノード間の視認性（Visibility）の有無を求める（図２のＳ３）。加速度強度時系列データの２点のノード間に視認性があり、ノード間を見通せる場合にエッジ（直線）でつなぎ（図４）、可視性グラフ（図５）を構築する。

【0020】

ノードの視認性の有無を求める方法について簡単な例を用いて説明する。たとえば、図６に示すように、２つのノードｉ、ｊがあり、その間にノードｋがあるとする。各ノードｉ、ｊ、ｋの時点はｔ_ｉ、ｔ_ｊ、ｔ_ｋであり、そのｔ_ｉ、ｔ_ｊ、ｔ_ｋにおける加速度の強度をそれぞれｘ（ｔ_ｉ）、ｘ（ｔ_ｊ）、ｘ（ｔ_ｋ）とする。ｉ、ｊ、ｋは自然数であり、時点はｔ_ｉ＜ｔ_ｋ＜ｔ_ｊとする。各ノードｉ、ｊ、ｋの時系列のデータは（ｔ_ｉ、ｘ（ｔ_ｉ））、（ｔ_ｊ、ｘ（ｔ_ｊ））、（ｔ_ｋ、ｘ（ｔ_ｋ））となる。

【0021】

ノードｉとノードｊを直線Ｌで繋げた場合、直線Ｌの傾きは（ｘ（ｔ_ｊ）－ｘ（ｔ_ｉ））／（ｔ_ｊ－ｔ_ｉ）となる。時点ｔ_ｋにおける直線Ｌの値をｘ_ａとすると、下記数１となる。

【0022】

【数1】

【0023】

ノードｉとノードｊの視認性があるためには、ｘ（ｔ_ｋ）がｘ_ａ未満になることが必要であり、下記数２の数式を満たすことが必要となる。

【0024】

【数2】

【0025】

２つのノードｉ、ｊの間にあるノードｋの加速度強度ｘ（ｔ_ｋ）が上記数２の数式を満たすことが、ノードｉ、ｊ間に視認性を有するために必要である。この判定は２つのノードｉ、ｊの間にあるすべてのノードに対して行われ、そのすべてのノードのいかなるノードにおいも数２の数式を満たす場合に、２つのノード間の視認性があると判定する。

【0026】

それぞれのノードに対して視認性を有するノードの数をそのノードの次数として算出し（図２のＳ４）、次数ごとにその次数を有するノードの数を算出する（図２のＳ５）。次数の対数の変化に対するノード数の対数の変化の割合をべき乗指数として算出し、次数に対するノード数分布の形態を取得する（図２のＳ６）。次数に対するノード数分布の形態は、ノード数が次数の指数関数とみなせる領域における指数である。上記の方法によって可視性グラフを次数分布に変換する手段３０は、たとえば、図５の可視性グラフを次数分布に変換して図７ようにする。次数分布は対数グラフで表されてもよい。次数分布はＰ（ｋ）で表すことができ、ｋはノードに接続されたエッジ（直線）の数である。対数グラフにプロットされた次数分布の傾き（γ）が直線であるならば、次数分布がべき法則Ｐ（ｋ）∝ｋ^－γに従う。

【0027】

次数分布の傾きを求める手段３２は対数グラフにプロットされた次数分布の傾き（γ）を求める。その傾き（γ）は対数グラフにプロットされた次数分布おける線形回帰直線の傾きである。次数分布の傾きを求める手段３２は対数グラフから線形回帰直線を求め、その線形回帰直線の傾きを求める。たとえば、図７では横軸１０^１～１０^２の範囲内における対数グラフが直線にプロットされた部分の傾きが、線形回帰直線の傾きと一致している。

【0028】

動物１２の状態を判定する手段３４はこの傾きを用いて動物の状態を判定する（図２のＳ７）。傾きが所定値または所定範囲であれば動物は正常であり、所定値または所定範囲になければ動物に異常が生じていると判定する。動物１２が牛の場合、傾き（γ）が－３．５であれば牛は健康であり、－３．５でなければ牛の体温が高くなっているなど、牛の体調不良と判定する。動物１２によって傾き（γ）の所定値または所定範囲が変更されてもよい。

【0029】

加速度データが大きいと動物が活発に活動しており、加速度データが小さいと動物の動きが緩慢になり、加速度データがゼロになると静止していることになる。健康な動物とそうでない動物とで加速度センサで得られるデータに違いが生じ、上記ステップで次数分布の傾きに違いが生じる。同種の動物であれば動作も同じまたは類似するめ、傾き（γ）が同じまたは所定の範囲に入ることになる。体調に変化が生じると、傾き（γ）が異なるようになり、異常を判定することができる。

【0030】

上記傾き（γ）の所定値または所定範囲については、あらかじめ健康な状態の動物１２を利用して上記方法で次数分布を得て、求めておく。求められた傾き（γ）の所定値または所定範囲はコンピュータ１８の記憶手段に記憶し、判定する手段３４が利用する。健康な状態の動物１２であればいずれも同じ所定値または所定範囲の傾き（γ）となるため、あらかじめ多くの動物１２から傾きのデータを得る必要はない。

【0031】

センサ１４のデータ、可視性グラフ、次数分布および判定結果などの各データはコンピュータ１８の記憶手段に記憶されてもよい。

【0032】

以上のように、本発明の動物管理システム１０はセンサ１４から得られたデータから次数分布を得て、その傾きを利用しているだけであり、動物１２のデータを多く必要とすることはなく、判定のために複雑な計算を行うこともない。簡単に動物１２の状態、特に健康状態を管理することができる。

【0033】

本発明による家畜動物の育成方法により子牛を育成する場合、子牛は数頭から数十頭の多頭飼育をされることが多く個々の子牛の健康状態を常に把握することは困難であり時には感染症などのため飼育集団の中の数頭が死んでしまうという状況が改善され、ほぼリアルタイムでの安価な健康管理が可能となり、生育する牛の歩留まりを大きく改善させることができる。これにより生育した牛の単価が低減し、安価に牛を販売することが可能となる。

【0034】

本発明は上記実施形態に限定されることはない。たとえば、次数分布の傾きを利用したが、次数分布の密度など、次数分布の任意の形態を利用してもよい。動物の状態によって次数分布の傾き、密度などの形態が変化し、その変化を利用する。

【0035】

管理される動物１２は１頭（匹）に限定されず、複数頭（匹）の動物１２を管理してもよい。各動物１２にセンサ１４を取り付け、通信装置１６を使ってコンピュータ１８にデーを送信できるようにする。センサ１４で検知され、コンピュータ１８に送信されるデータに動物１２を識別できるデータを付加する。コンピュータ１８は動物１２ごとに上記のようなデータ変換を行い、判定する。

【0036】

センサ１４は加速度センサに限定されず、他のセンサ１４を利用し、そのセンサ１４の値を同じように次数分布に変換するようにしてもよい。たとえば、光学式心拍センサ、体温計測用温度センサなどを利用してもよい。

【0037】

センサ１４の数は１つに限定されず、複数のセンサ１４を利用してもよく、センサ１４の種類が複数になってもよい。たとえば、加速度センサ、光学式心拍センサおよび温度センサを用いたりする。各センサ１４で上記のようなデータの変換を行い、動物１２の状態を管理する。センサ１４の数および種類が増えることで、動物１２の状態を判断しやすくなる。

【0038】

動物１２が飼育されている領域が広くなった場合、複数個所に中継器２６を備えてもよい。複数の中継器２６のいずれかが動物１２の送信機２４と通信できるようにする。

【0039】

ネットワーク２２に接続された他のコンピュータから上記記憶手段に記憶された各データにアクセスできるようにしてもよい。遠隔地から動物１２の状態を把握できる。また、動物１２に異常が生じていると判定したとき、ネットワーク２２に接続された他のコンピュータにその情報が送信されるようにしてもよい。

【0040】

センサ１４で検出されたデータはネットワーク２２を介してコンピュータ１８に送信されたが、データが送信機２４から直接コンピュータ１８に送信されてもよい。コンピュータ１８に通信装置を取り付け、送信機２４と直接通信されてもよい。コンピュータ１８は動物１２が飼育されている領域またはその付近に設置される。

【0041】

管理される動物は牛に限定されず、豚、猪、羊、馬、山羊など、一定の領域内で飼育される動物であれば、本発明を適用することができる。また、牧場などの動物に限定されず、動物園で飼育されている各種動物、一般家庭で人と暮らす犬または猫などのペットであってもよい。各動物の健康管理に本発明を適用することができる。

【0042】

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

【符号の説明】

【0043】

１０：動物管理システム
１２：動物
１４：センサ
１６：通信装置
１８：コンピュータ
２０：首輪
２２：ネットワーク
２４：送信機
２６：中継器
２８：可視性グラフに変換する手段
３０：次数分布に変換する手段
３２：次数分布の傾きを求める手段
３４：動物の状態を判定する手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】